自由度主从式遥操作机械手控制方法

申请号 CN201610519672.2 申请日 2016-07-01 公开(公告)号 CN106112951A 公开(公告)日 2016-11-16
申请人 广州霞光技研有限公司; 发明人 蒋梁中;
摘要 本 发明 公开了一种多 自由度 主从式遥操作机械手控制方法,包括如下操作步骤:步骤A,现场从机械手,根据正运动学的方法,以当前各关节的 角 度为参数确定姿矩阵;步骤B,根据实际的目标图像或视频判断抓取目标点(X、Y、Z)或X、Y、Z的方向;步骤C,人工设定计机械手抓的路线轨迹;步骤D,设定插补点,即每个移动路段的步长;步骤E,根据运动帝逆解 算法 ,计算机械手到达下一个插补点需要各关节的运动参数并执行;步骤F,以人工判断进行反馈并重复步骤A,使从 机械臂 到达目标 位置 。本发明采用人的视觉 定位 功能可遥操作的6自由度 焊接 机械臂,取代人工单关节控制,减轻了操作人员的精神负担较大提高了工作效率。
权利要求

1.一种多自由度主从式遥操作机械手控制方法,其特征在于:包括如下操作步骤:
步骤A,现场从机械手,根据正运动学的方法,以当前各关节的度为参数确定姿矩阵;
步骤B,根据实际的目标图像或视频判断抓取目标点(X、Y、Z)或X、Y、Z的方向,并不考虑目标姿态
步骤C,人工设定计机械手抓的路线轨迹;
步骤D,设定插补点,即每个移动路段的步长;
步骤E,根据运动帝逆解算法,计算机械手到达下一个插补点需要各关节的运动参数并执行,即各关节旋转角度和运动速度实现;
步骤F,以人工判断进行反馈并重复步骤A,使从机械臂到达目标位置
2.根据权利要求1所述的多自由度主从式遥操作机械手控制方法,其特征在于:在所述布步骤A中,所述正运动学的方法为采用笛卡坐标系的正运动学的方法,是通过各并节的空间变换矩阵的迭代,计算从机械臂末端手爪的当前位置。
3.根据权利要求2所述的多自由度主从式遥操作机械手控制方法,其特征在于:在步骤C中,设定的路线轨迹为直线轨迹或折线轨迹。
4.根据权利要求3所述的多自由度主从式遥操作机械手控制方法,其特征在于:在步骤D中设定的步长为设定末端下一个插补点距离,也就是手爪移动的单次距离,距离当前的位置步长为(ΔX,ΔY,ΔZ)。
5.根据权利要求4所述的多自由度主从式遥操作机械手控制方法,其特征在于:步骤E中计算方法为,θ1=Atan 2(py,px);
令k1=pxc1+pys1;





其中θ1为机械臂第一个关节转动角度,θ2为机械臂第一个关节转动角度,θ3为机械臂第一个关节转动角度,θ4为机械臂第四个关节转动角度,θ5为机械臂第五个关节转动角度,θ6为机械臂第六个关节转动角度;ci=cosθi,si=sinθi,ai=arctanθi(i=1,2,.....6);
插补期间的速度,由关节变化量和插补周期比值得来。

说明书全文

自由度主从式遥操作机械手控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于机器人控制领域,具体涉及一种多自由度主从式遥操作机械手控制方法。

背景技术

[0002] 随着科学技术不断发展,以及机器人取代人工的领域迅速增加,各类机器人的研制已成为世界各国和军队共同关注的课题。由于机器人的作业环境状况不明,很多场合人类无法到达或者只能通过视频获取作业信息,需要作业的位置随机性较大且抓取过程中随时有意外发生的可能,如果人靠近作业现场,意外随时可能发生。因此,在这特种环境下机器人采用主从式操作进行遥控作业,降低处理难度,对提高科技整体技术平和作业效率具有重要意义。
[0003] 世界上已有的主从式遥操作机器人包括“达芬奇手术机器人”、“遥操作危险品挖掘搬运机器人”、“登月机器人”、“好奇号”火星探测机器人等。遥操作控制是机器人中至关重要的一部分,遥操作控制的核心是逆运动算法,其好坏程度直接影响着机器人的人机交互性能、可靠程度及安全性能等。
[0004] 针对机器人作业环境的特殊情况,如果机器人的控制系统不可靠,将会引入新的不安全因素,不但没能解决问题,反而会促发矛盾问题的升级。在多自由度的机械手操作时,通常的做法是采用单关节的远程遥控方式,这对机械手末端手爪定位抓取造成了极大困难。操作人员必须非常熟悉排爆机器人的操作,通过远处的摄像头判断机械手末端位置,并且快速且准确的操作每个关节,使机械手末端的手爪刚好对可疑目标并进行抓取。该种方式对操作人员的精神负担较大,容易疲劳而且操作效率较低。

发明内容

[0005] 为了解决上述技术问题,本发明是提供一种多自由度主从式遥操作机械手控制方法,旨在提能够实现机械手多关节联动控制。
[0006] 实现本发明目的的技术方案是一种多自由度主从式遥操作机械手控制方法,包括如下操作步骤:
[0007] 步骤A,现场从机械手,根据正运动学的方法,以当前各关节的度为参数确定姿矩阵;
[0008] 步骤B,根据实际的目标图像或视频判断抓取目标点(X、Y、Z)或X、Y、Z的方向,并不考虑目标姿态
[0009] 步骤C,人工设定计机械手抓的路线轨迹;
[0010] 步骤D,设定插补点,即每个移动路段的步长;
[0011] 步骤E,根据运动帝逆解算法,计算机械手到达下一个插补点需要各关节的运动参数并执行,即各关节旋转角度和运动速度实现;
[0012] 步骤F,以人工判断进行反馈并重复步骤A,使从机械臂到达目标位置。
[0013] 在所述布步骤A中,所述正运动学的方法为采用笛卡坐标系的正运动学的方法,是通过各并节的空间变换矩阵的迭代,计算从机械臂末端手爪的当前位置。
[0014] 在步骤C中,设定的路线轨迹为直线轨迹或折线轨迹。
[0015] 在步骤D中设定的步长为设定末端下一个插补点距离,也就是手爪移动的单次距离,距离当前的位置步长为(ΔX,ΔY,ΔZ)。
[0016] 步骤E中计算方法为,θ1=A tan 2(py,px);
[0017] 令k1=pxc1+pys1;
[0018]
[0019] 令
[0020]
[0021]
[0022]
[0023] 其中θ1为机械臂第一个关节转动角度,θ2为机械臂第一个关节转动角度,θ3为机械臂第一个关节转动角度,θ4为机械臂第四个关节转动角度,θ5为机械臂第五个关节转动角度,θ6为机械臂第六个关节转动角度;ci=cosθi,si=sinθi,ai=arctanθi(i=1,2,.....6);
[0024] 插补期间的速度,由关节变化量和插补周期比值得来。
[0025] 本发明具有积极的效果:本发明采用人的视觉定位功能可遥操作的6自由度焊接机械臂,取代人工单关节控制,运用逆解算法,解决了操作人员远离现场进行从机械手控制的难题,减轻了操作人员的精神负担较大提高了工作效率。附图说明
[0026] 为了使本发明的内容更容易被清楚的理解,下面根据具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明,其中:
[0027] 图1为本发明的方法流程示意图;
[0028] 图2为本发明中多自由度机械手移动步长空间位置变化几何图解图。

具体实施方式

[0029] (实施例1)
[0030] 图1和图2显示了本发明的一种具体实施方式,其中图1为本发明的方法流程示意图;图2为本发明中多自由度机械手移动步长空间位置变化几何图解图。
[0031] 见图1和图2,一种多自由度主从式遥操作机械手控制方法,包括如下操作步骤:
[0032] 步骤A,现场从机械手,根据正运动学的方法,以当前各关节的角度为参数确定姿矩阵;
[0033] 步骤B,根据实际的目标图像或视频判断抓取目标点(X、Y、Z)或X、Y、Z的方向,并不考虑目标姿态;
[0034] 步骤C,人工设定计机械手抓的路线轨迹;
[0035] 步骤D,设定插补点,即每个移动路段的步长;
[0036] 步骤E,根据运动帝逆解算法,计算机械手到达下一个插补点需要各关节的运动参数并执行,即各关节旋转角度和运动速度实现;
[0037] 步骤F,以人工判断进行反馈并重复步骤A,使从机械臂到达目标位置。
[0038] 在所述布步骤A中,所述正运动学的方法为采用笛卡坐标系的正运动学的方法,是通过各并节的空间变换矩阵的迭代,计算从机械臂末端手爪的当前位置。
[0039] 在步骤C中,设定的路线轨迹为直线轨迹或折线轨迹。
[0040] 在步骤D中设定的步长为设定末端下一个插补点距离,也就是手爪移动的单次距离,距离当前的位置步长为(ΔX,ΔY,ΔZ)。
[0041] 步骤E中计算方法为,θ1=A tan 2(py,px);
[0042] 令k1=pxc1+pys1;
[0043]
[0044] 令
[0045]
[0046]
[0047]
[0048] 其中θ1为机械臂第一个关节转动角度,θ2为机械臂第一个关节转动角度,θ3为机械臂第一个关节转动角度,θ4为机械臂第四个关节转动角度,θ5为机械臂第五个关节转动角度,θ6为机械臂第六个关节转动角度;ci=cosθi,si=sinθi,ai=arctanθi(i=1,2,.....6);
[0049] 插补期间的速度,由关节变化量和插补周期比值得来。
[0050] 本发明采用人的视觉定位功能可遥操作的6自由度焊接机械臂,取代人工单关节控制,运用逆解算法,解决了操作人员远离现场进行从机械手控制的难题,减轻了操作人员的精神负担较大提高了工作效率。
[0051] 显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。
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